第七章PLD及其应用

第7章可编程逻辑器件及其应用§7.1PLD的结构与特点§7.2ROM的工作原理与应用基本结构与分类PLD器件的电路表示方法ROM的组成与原理ROM的应用第7章可编程逻辑器件及其应用§7.3通用阵列逻辑器件GALGAL器件的基本结构GAL器件的应用与开发{end}PLD的结构与特点（1）数字逻辑器件的分类标准产品由软件配置的LSI器件专用集成电路ASIC(ApplicationSpecificIntegratalCircuit)全定制半定制可编程逻辑器件PLD(ProgrammableLogicDevice)(逻辑门、触发器、译码器等）（微处理器、单片机等）PLD的结构与特点（2）PLD的基本结构数据输入输入控制电路“与”阵列“或”阵列输出控制电路数据输出反馈输出输入项乘积项积和项PLD的结构与特点（3）PLD的分类按集成密度低密度PLD高密度PLD(HPLD)按制造工艺一次性编程PLD紫外线可擦除EPLD电可擦除EEPLDPLD的结构与特点（4）按不同阵列的可编程性存贮器(ROM,RAM)可编程逻辑阵列PLA可编程阵列逻辑PALPLD的分类“与”阵列固定“或”阵列可编程“与”阵列可编程“或”阵列可编程“与”阵列可编程“或”阵列固定通用阵列逻辑GAL在系统可编程器件ISP现场可编程逻辑器件FPGA开发工具成本高，设计较复杂采用可编程输出逻辑宏单元，功能更全面，性能更灵活高密度{end}PLD的结构与特点（5）PLD器件的电路表示方法基本逻辑单元的表示输入/反馈缓冲器“与”门“或”门ABCFABCFAABACABCFCBAF采用互补输出结构PLD的结构与特点（6）PLD器件的电路表示方法阵列交叉点的逻辑表示硬性连接编程连接断开单元PLD的结构与特点（7）PLD器件的电路表示方法实例写出如图所示PLD电路的输出逻辑表达式1A0AF1A0A1A0A01AA01AA0101AAAA{end}ROM的应用（1）ROM的分类按构成存储单元的元件分类二极管ROM晶体管ROMMOS管ROM按编程方式分类掩模式ROM一次编程ROM(PROM)光擦编程ROM(EPROM)电擦编程ROM(EEPROM)ROM----只读存贮器（ReadOnlyMemory)主要用于计算机系统固定信息的存储多次改写编程ROM电改写ROM(EAROM)闪速存储器FLASHROM存入数据的过程称为编程ROM的应用（2）ROM的基本结构0A1A1nA0W1W12nW地址译码器输出缓冲器存贮矩阵地址线0D1D1mD字线位线存贮容量mn2mKm1210地址译码器存贮矩阵输出缓冲器ROM的应用（3）ROM的工作原理-----以二极管ROM为例4220W1W2W3W二进制译码器111A0A1D0D2D3DE地址线字线位线01AA01AA01AA01AA地址字线数据(位线)01AA00iW0123DDDD0W1W2W3W1001001111010110011011ROM的应用（4）地址字线数据(位线)01AA00iW0123DDDD0W1W2W3W1001001111010110011011203WWD212WWD311WWD3200WWWD1A0A0W1W2W3W0D1D2D3D“与”阵列(固定)“或”阵列(可编程)ROM的PLD表示{end}ROM的应用（5）ROM的应用范围计算机系统中的应用产生多输出逻辑函数构成字符发生器构成波形发生器计算机初始引导和加载程序的固化，微程序控制器的设计，字符图形发生器的设计，控制系统中用户程序的固化等等。这些应用中主要是固化程序和数据，以提高系统应用的方便性、可靠性和安全性。由于ROM的地址译码器输出是全部输入变量的最小项，每一位数据的输出是这些最小项之和，因此任何形式的组合逻辑函数均能通过向ROM写入数据来实现。将字符的点阵预先存储在ROM中，然后顺序给出地址码，从存储矩阵中逐行读出字符的点阵，并送入显示器即可显示出字符。ROM的应用（6）例1:试写出如图所示ROM阵列中所有存储的逻辑函数、、和的表达式。1L2L3L4LAABB1L2L3L4L“与”阵列“或”阵列解：ABL1BAL2BABAL3BABAL4BABABABAROM阵列结构表示ROM的应用（7）例2：试用ROM产生以下一组多输出逻辑函数BCDCBACBAF1BDAABCDF2DCBADCBAF3DCABDCBAF4解：将以上各式化成最小项之和的形式，即ABCDBCDADCBADCBACDBADCBAF1BCDADCBAABCDF2DCBADCBAF3DCABDCBAF4ROM的应用（8）ABCDBCDADCBADCBACDBADCBAF1BCDADCBAABCDF2DCBADCBAF3DCABDCBAF4要实现以上一组多输出逻辑函数，所需ROM的存储容量为：424ROM阵列为：1A1B1C1D1F2F3F4F0W1W2W3W4W5W6W7W8W9W10W11W12W13W14W15WROM的应用（9）例3:试用8×4位ROM实现一个排队电路.电路的功能是输入信号A、B、C，通过排队电路后分别由、、输出，但在同一时刻只能有一个信号通过，如果同时有两个或两个以上的信号输入时，则按A、B、C的优先顺序通过。AFBFCF解：列真值表ABC000001010100011110101111AFBFCF000011110011000001000000写出逻辑函数式ABCCABCBACBAFABCACBAFBCBAFCROM的应用（10）1A1B1CAFBFCF0W1W2W3W4W5W6W7WROM阵列为：ABCCABCBACBAFABCACBAFBCBAFC{end}GAL器件的基本结构(1)以普通型GAL16V8为例，说明GAL器件的结构组成。总体介绍输入缓冲器（左边8个）对输入信号提供原变量和反变量，并送到与门阵列。输出缓冲器（右边8个）提供输出信号和反馈信号，后者包括本级和相邻级。输出反馈/输入缓冲器(中间8个)本级输出或邻级输出作为输入信号送到与门阵列，以便产生乘积项。GAL器件的基本结构(2)时钟输入信号缓冲器（引脚1）可以提供时钟信号；也可以作为输入信号。输出选通信号缓冲器（引脚11）用来提供输出三态门的控制使能信号。与门阵列8×8=64个与门组成，最多形成64个乘积项，每个与门有32条输入线（16个原变量，16个反变量），但每一个变量在编程时只能取其一，故每个与门（一个乘积项）的实际最大变量数为16。GAL器件的基本结构(3)共8个，每个OMLC是一个逻辑单元，其中有或门、触发器、多路开关。输出逻辑宏单元（OLMC）通过编程，GAL16V8最多有16个引脚作为输入端，8个输出端。GAL器件的基本结构(4)每个OLMC中有一个或门。或门有8个输入，每个输入是由与门阵列输出的一个乘积项，而或门输出是8个乘积项之和。◆一个或门或门异或门OLMC内部结构触发器可用来保存组合逻辑函数输出值。一片GAL16V8共有8个触发器。◆一个触发器触发器采用异或门来控制或门输出信号的极性:即当XOR(n)=1时，异或门起反相器的作用。当XOR(n)=0时，异或门起同相器的作用GAL器件的基本结构(5)输出多路开关OMUX（二选一）：控制直接由组合电路输出还是寄存器输出。◆4个多路开关乘积项多路开关三态多路开关反馈多路开关输出多路开关乘积项多路开关PTMUX（二选一）：控制或门的第一乘积项来自与阵列或为“0”。三态多路开关TSMUX（四选一）：控制三态门输出，有四种情况。反馈多路开关FMUX（四选一）：控制反馈信号来源，有四种情况。GAL器件的基本结构(6)乘积项多路开关三态多路开关反馈多路开关输出多路开关多路开关的状态，取决于结构控制字中AC0和AC1(n)位的值，这些值可通过编程决定。如：)(10nACAC01输出为异或门输出输出为触发器输出--控制输出多路开关GAL器件的基本结构(7)工作模式OLMC的结构控制字----通过结构控制字可确定OLMC的五种结构SYNAC0AC1(n)配置功能101输入模式100111011010专用组合输出反馈组合输出组合+寄存器输出寄存器输出同步控制字结构控制字OLMC的工作模式简单模式寄存器模式复合模式{end}GAL器件的应用与开发(1)GAL器件的开发工具硬件开发工具软件开发工具-----编程器----开发PLD专用的程序设计语言及相应的汇编或编译程序Fast-Map(FM)、ABEL、VHDL等GAL器件的应用与开发(2)Fast-Map(FM)语言FM.EXE列表文件(.LST)熔丝图文件(.PLT)标准装载文件(.JED)设计源文件和PLD引脚配置图供设计者阅读的编程模式图存放对PLD编程的数据*.PLD(设计源文件)GAL器件的开发软件----只允许使用逻辑表达式描述设计,没有仿真功能GAL器件的应用与开发(3)FM设计源文件(*.PLD)格式器件型号设计说明信息引脚名表逻辑方程关键字DESCRIPTION第1行第2~4行第5行最后一行BABAYBABAY//三种形式的逻辑方程式SYMBOL=EXPRESSIONSYMBOL:=EXPRESSIONSYMBOL.OE=EXPRESSION逻辑表达式输出引脚名“非”运算GAL器件的应用与开发(4)GAL器件的开发应用举例-----举例说明FM软件源文件的编写例:试用GAL器件实现6个基本逻辑门:“与”门、“或”门、“与非”门、“或非”门、“异或”门和“同或”门。解：(1)根据任务要求选择GAL器件,定义器件的引脚功能12个输入、6个输出GAL16V8CPIo/12010111IGND9I0F8I7FCCVB&=11&1=1ACDEFGHIJGNDUWVXYZLKCCVGAL器件的应用与开发(5)(2)分析输入、输出的逻辑关系，给出电路的逻辑描述B&=11&1=1ACDEFGHIJGNDUWVXYZLKCCVABUDCVEFWHGXJIJIJIYKLLKLKZGAL器件的应用与开发(6)(3)根据FM开发软件的语法格式，编写设计源文件B&=11&1=1ACDEFGHIJGNDUWVXYZLKCCVGAL16V8DESIGNEDBYLIMING3/10/1999BASICGATESBCDEFGHIJGNDKLZYXWVUAVCCBAUDCVFEW/HGX/JIJIY//LKLKZ///DESCRIPTION器件型号设计说明信息引脚名表逻辑方程关键字引脚名按器件引脚号递增顺序排列，引脚名之间用空格分开，不用引脚用NC表示只能用于单个引脚名前{end}